JP6196134B2 - Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system - Google Patents

Multilayer piezoelectric element, injection device including the same, and fuel injection system Download PDF

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本発明は、例えば、圧電駆動素子(圧電アクチュエータ),圧力センサ素子および圧電回路素子等として用いられる積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システムに関する。   The present invention relates to a laminated piezoelectric element used as, for example, a piezoelectric driving element (piezoelectric actuator), a pressure sensor element, a piezoelectric circuit element, and the like, an injection apparatus including the same, and a fuel injection system.

積層型圧電素子として、図7に示すように、圧電体層91と内部電極層92が積層されてなる活性部93および活性部93の積層方向両端部に配置された不活性部94を含む積層体90と、積層体90の側面に活性部93から不活性部94にかけて設けられた導電性接合材95と、導電性接合材95を介して積層体90の側面に取り付けられた平坦な外部電極板96とを含む構成のものが知られている。(特許文献1を参照)。   As shown in FIG. 7, a multilayer piezoelectric element includes an active portion 93 in which a piezoelectric layer 91 and an internal electrode layer 92 are stacked, and an inactive portion 94 disposed at both ends of the active portion 93 in the stacking direction. Body 90, conductive bonding material 95 provided on the side surface of laminated body 90 from active portion 93 to inactive portion 94, and flat external electrode attached to the side surface of laminated body 90 via conductive bonding material 95 A configuration including a plate 96 is known. (See Patent Document 1).

特開2005−223014号公報JP 2005-223014 A

ここで、特許文献1に記載された積層型圧電素子の構成においては、駆動時に、内部電極層92で発生したクラックが導電性接合材95の内部に進展し、導電性接合材95の内部を網目状に広がるおそれがあった。そして、クラックがこのように網目状に広がると、導電性接合材の導通が悪くなってスパークし、駆動しなくなるおそれがあった。   Here, in the configuration of the multilayer piezoelectric element described in Patent Document 1, a crack generated in the internal electrode layer 92 develops inside the conductive bonding material 95 during driving, and the inside of the conductive bonding material 95 passes through the inside. There was a risk of spreading in a mesh shape. And when a crack spreads like this in the shape of a mesh, there is a possibility that the conductive bonding material becomes poor in conduction and sparks and cannot be driven.

また、このような積層型圧電素子を備えた噴射装置ならびに燃料噴射システムにおいても、積層型圧電素子における導電性接合材の導通が悪くなることによって、長期間安定して駆動しなくなるおそれがあった。   Further, even in the injection device and the fuel injection system provided with such a multilayer piezoelectric element, there is a possibility that the conductive bonding material in the multilayer piezoelectric element becomes poor in conduction, so that it cannot be stably driven for a long time. .

本発明は、上記の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、導電性接合材の内部に広がる網目状のクラックを抑制し、導通を確保する積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システムを提供することである。   The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to suppress a network-like crack spreading inside a conductive bonding material, and to provide a laminated piezoelectric element that ensures conduction An injection device and a fuel injection system are provided.

本発明の積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層と電気的に接続された外部電極板と、該外部電極板を前記積層体の側面に接合して前記内部電極層と前記外部電極板とを電気的に接続している導電性接合材層とを含み、該導電性接合材層を前記積層体の側面に垂直な横断面で見たときに、前記導電性接合材層の厚みは前記外部電極板の厚みよりも薄く、前記積層体の側面から前記外部電極板まで通じる空隙が設けられており、前記導電性接合材層の中にボイドがあることを特徴とする。 The multilayer piezoelectric element of the present invention includes a laminate in which a piezoelectric layer and an internal electrode layer are laminated, an external electrode plate joined to a side surface of the laminate and electrically connected to the internal electrode layer, A conductive bonding material layer that joins an external electrode plate to a side surface of the laminate and electrically connects the internal electrode layer and the external electrode plate; when viewed in cross section perpendicular to the side of, the thickness of the conductive bonding material layer is a thinner than the thickness of the outer electrode plate is provided wherein a gap leading to the outside electrode plate from the side surface of the laminate The conductive bonding material layer has a void .

また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記導電性接合材層を前記積層体の側面に垂直な横断面で見たときに、前記空隙が前記導電性接合材層の少なくとも一端にもあることを特徴とする。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, in the above configuration, when the conductive bonding material layer is viewed in a cross section perpendicular to the side surface of the stacked body, the gap is at least of the conductive bonding material layer. It is also characterized by being at one end.

また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記導電性接合材層を前記積層体の側面に垂直な横断面で見たときに、前記空隙が前記導電性接合材層の両端にもあることを特徴とする。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, in the above configuration, when the conductive bonding material layer is viewed in a cross section perpendicular to the side surface of the stacked body, the voids are at both ends of the conductive bonding material layer. It is also characterized by that.

また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記導電性接合材層の中にボイドがあることを特徴とする。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, a void is present in the conductive bonding material layer in the above configuration.

また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記積層体の内部には該積層体の伸縮により前記圧電体層および前記内部電極層よりもクラックが入りやすい構造の容易破断層が設けられており、前記ボイドは前記容易破断層と対応する位置にあることを特徴とする。   In the multilayer piezoelectric element of the present invention, in the above configuration, an easily breakable layer having a structure in which cracks are more likely to occur in the multilayer body than the piezoelectric layer and the internal electrode layer due to expansion and contraction of the multilayer body. And the void is located at a position corresponding to the easily breakable layer.

また、本発明は、噴射孔を有する容器と、積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた流体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とする噴射装置である。   Further, the present invention includes a container having an injection hole and a multilayer piezoelectric element, and fluid stored in the container is discharged from the injection hole by driving the multilayer piezoelectric element. It is an injection device.

また、本発明は、高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことを特徴とする燃料噴射システムである。   The present invention also provides a common rail that stores high-pressure fuel, an injection device that injects the high-pressure fuel stored in the common rail, a pressure pump that supplies the high-pressure fuel to the common rail, and a drive signal to the injection device. A fuel injection system comprising an injection control unit.

本発明の積層型圧電素子によれば、導電性接合材層の厚みが外部電極板より薄くなることで、駆動開始直後にかかる導電性接合材層にかかる応力が大きくなり、導電性接合材層におけるクラックの進展速度が速くなり、直進的なクラックが厚み方向に即座にはいる。そして、導電性接合材層に直進的なクラックが即座にはいることで、導電性接合材層にかかる応力が解放され、駆動直後以降は逆に応力が緩和される。   According to the multi-layer piezoelectric element of the present invention, since the thickness of the conductive bonding material layer is thinner than that of the external electrode plate, the stress applied to the conductive bonding material layer immediately after the start of driving increases, and the conductive bonding material layer In this case, the speed of crack growth is increased, and straight cracks immediately enter the thickness direction. Then, since the straight crack is immediately generated in the conductive bonding material layer, the stress applied to the conductive bonding material layer is released, and on the contrary, the stress is relaxed immediately after driving.

さらに、外部電極板と積層体との間に空隙があることで、網目状に入るクラックを抑制することができる。   Furthermore, since there is a gap between the external electrode plate and the laminate, it is possible to suppress cracks that enter a network.

したがって、スパークの発生率が下がり、耐久性に優れたものとなる。   Therefore, the occurrence rate of sparks is reduced and the durability is excellent.

また、上記の積層型圧電素子を備えた噴射装置および燃料噴射システムによれば、積層型圧電素子が耐久性に優れたものとなることから、長期間安定して駆動させることができる。   Moreover, according to the injection device and the fuel injection system provided with the above-described multilayer piezoelectric element, the multilayer piezoelectric element has excellent durability, and can be driven stably for a long period of time.

(a)は本発明の積層型圧電素子の実施形態の一例を示す概略縦断面図であり、(b)は(a)に示すA−A線で切断した横断面の一例を示す図である。(A) is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows an example of embodiment of the laminated piezoelectric element of this invention, (b) is a figure which shows an example of the cross section cut | disconnected by the AA line shown to (a). . 図1(a)に示すA−A線で切断した横断面の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the cross section cut | disconnected by the AA line shown to Fig.1 (a). 図1(a)に示すA−A線で切断した横断面の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the cross section cut | disconnected by the AA line shown to Fig.1 (a). 図1(a)に示すA−A線で切断した横断面の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the cross section cut | disconnected by the AA line shown to Fig.1 (a). 本発明の噴射装置の実施の形態の一例を示す概略的な断面図である。It is a rough sectional view showing an example of an embodiment of an injection device of the present invention. 本発明の燃料噴射システムの実施の形態の一例を示す概略的なブロック図である。It is a schematic block diagram which shows an example of embodiment of the fuel-injection system of this invention. (a)は従来の積層型圧電素子の実施形態の一例を示す概略縦断面図であり、(b)は(a)に示すA−A線で切断した断面の一例を示す図である。(A) is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows an example of embodiment of the conventional lamination type piezoelectric element, (b) is a figure which shows an example of the cross section cut | disconnected by the AA line | wire shown to (a).

以下、本発明の積層型圧電素子の実施の形態の一例について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of a multilayer piezoelectric element of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(a)は本発明の積層型圧電素子の実施形態の一例を示す概略縦断面図であり、図1(b)は図1(a)に示すA−A線で切断した断面の一例を示す図である。   FIG. 1A is a schematic longitudinal sectional view showing an example of an embodiment of the multilayer piezoelectric element of the present invention, and FIG. 1B is an example of a cross section taken along line AA shown in FIG. FIG.

図1に示す積層型圧電素子1は、圧電体層11および内部電極層12が積層された積層体10と、積層体10の側面に接合されて内部電極層12と電気的に接続された外部電極板2と、外部電極板2を積層体10の側面に接合して内部電極層12と外部電極板2とを電気的に接続している導電性接合材層3とを含み、導電性接合材層3を積層体10の側面に垂直な横断面で見たときに、導電性接合材層3の厚みは外部電極板2の厚みよりも薄く、積層体10の側面から外部電極板2まで通じる空隙が設けられている。   A laminated piezoelectric element 1 shown in FIG. 1 includes a laminated body 10 in which a piezoelectric layer 11 and an internal electrode layer 12 are laminated, and an external part joined to the side surface of the laminated body 10 and electrically connected to the internal electrode layer 12. An electrode plate 2 and a conductive bonding material layer 3 for bonding the external electrode plate 2 to the side surface of the laminate 10 and electrically connecting the internal electrode layer 12 and the external electrode plate 2, When the material layer 3 is viewed in a cross section perpendicular to the side surface of the laminate 10, the thickness of the conductive bonding material layer 3 is smaller than the thickness of the external electrode plate 2, and from the side surface of the laminate 10 to the external electrode plate 2. There is an air gap leading to it.

積層型圧電素子1を構成する積層体10は、圧電体層11および内部電極層12が複数積層されてなる活性部13と、活性部13の外側に位置する積層体1の積層方向両端部に設けられた圧電体層11からなる不活性部14とを有している、この積層体10は、例えば縦0.5〜10mm、横0.5〜10mm、高さ1〜100mmの直方体状に形成されている。   A laminated body 10 constituting the laminated piezoelectric element 1 includes an active part 13 in which a plurality of piezoelectric layers 11 and internal electrode layers 12 are laminated, and both ends in the lamination direction of the laminated body 1 positioned outside the active part 13. The laminated body 10 having the inactive portion 14 composed of the provided piezoelectric layer 11 has, for example, a rectangular parallelepiped shape having a length of 0.5 to 10 mm, a width of 0.5 to 10 mm, and a height of 1 to 100 mm. Is formed.

積層体10を構成する圧電体層11は、圧電特性を有するセラミックスで形成されたもので、このようなセラミックスとして、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PbZrO−PbTiO)からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)などを用いることができる。この圧電体層11の厚みは、例えば3〜250μmとされる。 The piezoelectric layer 11 constituting the laminated body 10 is formed of ceramics having piezoelectric characteristics. As such ceramics, for example, a perovskite oxide made of lead zirconate titanate (PbZrO 3 -PbTiO 3 ), Lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), or the like can be used. The thickness of the piezoelectric layer 11 is, for example, 3 to 250 μm.

積層体10を構成する内部電極層12は、圧電体層2を形成するセラミックスと同時焼成により形成されたもので、圧電体層11と交互に積層されて圧電体層11を上下から挟んでおり、積層順に正極および負極が配置されることにより、それらの間に挟まれた圧電体層11に駆動電圧を印加するものである。この形成材料として、例えば圧電セラミックスとの反応性が低い銀−パラジウム合金を主成分とする導体、あるいは銅、白金などを含む導体を用いることができる。図1に示す例では、正極および負極(もしくはグランド極)がそれぞれ積層体10の対向する一対の側面に互い違いに導出されて、積層体10の側面に設けられた一対の導電性接合材層3と電気的に接続されている。この内部電極層12の厚みは、例えば0.1〜5μmとされる。   The internal electrode layer 12 constituting the multilayer body 10 is formed by simultaneous firing with the ceramic forming the piezoelectric layer 2, and is alternately stacked with the piezoelectric layers 11 to sandwich the piezoelectric layers 11 from above and below. By arranging the positive electrode and the negative electrode in the order of lamination, a driving voltage is applied to the piezoelectric layer 11 sandwiched between them. As this forming material, for example, a conductor mainly composed of a silver-palladium alloy having low reactivity with piezoelectric ceramics, or a conductor containing copper, platinum, or the like can be used. In the example shown in FIG. 1, the positive electrode and the negative electrode (or the ground electrode) are alternately led out to a pair of opposite side surfaces of the stacked body 10, and a pair of conductive bonding material layers 3 provided on the side surfaces of the stacked body 10. And are electrically connected. The internal electrode layer 12 has a thickness of 0.1 to 5 μm, for example.

なお、図1(a)に示すように、活性部13には圧電体層11および内部電極層12の他に容易破断層15が設けられていてもよい。ここで、容易破断層15とは、例えば内部電極層12と同様の導体材料からなり、当該導体材料が互いに独立して点在するように形成された多孔質の層である。容易破断層15は、圧電体層11および内部電極層12よりも容易に破断しやすくなっており、積層型圧電素子1の長期間にわたる駆動によって積層体10にクラックが発生する際にあえてこの部位にクラックを発生させるようにして、内部電極層12の破断により駆動に支障をきたすことがないように設けられている。   As shown in FIG. 1A, the active portion 13 may be provided with an easy fracture layer 15 in addition to the piezoelectric layer 11 and the internal electrode layer 12. Here, the easy fracture layer 15 is a porous layer made of, for example, the same conductive material as that of the internal electrode layer 12 and formed such that the conductive material is scattered independently of each other. The easy rupture layer 15 is more easily ruptured than the piezoelectric layer 11 and the internal electrode layer 12, and this portion is intentionally generated when a crack is generated in the multilayer body 10 by driving the multilayer piezoelectric element 1 over a long period of time. Thus, cracks are generated in the inner electrode layer 12 so as not to hinder driving due to the breakage of the internal electrode layer 12.

また、積層体10の側面には導電性接合材層3を介して外部電極板2が接合され、内部電極層12と電気的に接続されている。具体的には、外部電極板2が、積層体10の対向する側面にそれぞれ設けられて、導電性接合材層3によって内部電極層12と電気的に接続されているとともに、その一部が積層体6の一方の端面から積層方向に延出している。この一対の外部電極板2は、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属平板からなり、例えば幅は0.5〜10mmで、厚みは導電性接合材層3よりも厚く、例えば0.1〜0.3mmに形成されたものを用いる。なお、外部電極板2としては、板状の金属板のみならず、積層体1の伸縮により生じる応力を緩和する効果を得るために、例えば幅方向にスリットの入った形状、網目状に加工された金属板などを採用することもできる。   In addition, the external electrode plate 2 is bonded to the side surface of the laminate 10 via the conductive bonding material layer 3 and is electrically connected to the internal electrode layer 12. Specifically, the external electrode plates 2 are respectively provided on opposite side surfaces of the multilayer body 10 and are electrically connected to the internal electrode layer 12 by the conductive bonding material layer 3, and a part thereof is laminated. It extends in the stacking direction from one end face of the body 6. The pair of external electrode plates 2 is made of a metal flat plate such as copper, iron, stainless steel, phosphor bronze, etc., for example, having a width of 0.5 to 10 mm and a thickness greater than that of the conductive bonding material layer 3, for example, 0.1 The one formed to be -0.3 mm is used. The external electrode plate 2 is processed not only into a plate-shaped metal plate but also into, for example, a shape having a slit in the width direction or a mesh shape in order to obtain an effect of relieving stress caused by expansion and contraction of the laminate 1. A metal plate or the like can also be used.

導電性接合材層3は、積層体10の対向する側面に活性部13から不活性部14にかけてそれぞれ設けられ、積層体10の側面に導出された内部電極層12の端部と外部電極板
2とを電気的に接続している。この一対の導電性接合材層3は、例えばAg粉末やCu粉末など導電性の良好な金属粉末を含んだエポキシ樹脂やポリイミド樹脂からなる導電性接着剤からなるのが好ましい。
The conductive bonding material layer 3 is provided from the active portion 13 to the inactive portion 14 on the opposite side surfaces of the multilayer body 10, and the end portion of the internal electrode layer 12 led to the side surface of the multilayer body 10 and the external electrode plate 2. And are electrically connected. The pair of conductive bonding material layers 3 are preferably made of a conductive adhesive made of an epoxy resin or a polyimide resin containing a metal powder having good conductivity such as Ag powder or Cu powder.

ここで、導電性接合材層3を積層体10の側面に垂直な横断面で見たときに、導電性接合材層3の厚みは外部電極板2よりも薄く、例えば外部電極板2の5〜70%の厚さ、具体的には5〜70μmの厚さに形成される。   Here, when the conductive bonding material layer 3 is viewed in a cross section perpendicular to the side surface of the laminated body 10, the thickness of the conductive bonding material layer 3 is thinner than the external electrode plate 2, for example, 5 of the external electrode plate 2. It is formed to a thickness of ˜70%, specifically, a thickness of 5 to 70 μm.

そして、例えば図1(b)に示すように、導電性接合材層3は、当該導電性接合材層3を積層体10の側面に垂直な横断面で見たときに、積層体10の側面から外部電極板2まで通じる空隙4が設けられている。なお、導電性接合材層3を積層体10の側面に垂直な横断面で見るとは、積層方向(図1(a)の上下方向)から導電性接合材層3の断面を見ることを意味する。   For example, as shown in FIG. 1B, the conductive bonding material layer 3 has a side surface of the laminated body 10 when the conductive bonding material layer 3 is viewed in a cross section perpendicular to the side surface of the laminated body 10. To the external electrode plate 2 is provided. In addition, seeing the conductive bonding material layer 3 in a cross section perpendicular to the side surface of the laminate 10 means that the cross section of the conductive bonding material layer 3 is viewed from the stacking direction (vertical direction in FIG. 1A). To do.

また、空隙4は、導電性接合材層3の内部に積層方向に延びて設けられているものであり、導電性接合材層3を積層体10の側面に垂直な横断面で見たときに、図1に示すように空隙4の両側に導電性接合材層3が配置された構成となる。導電性接合材層3の内部に設けられる空隙4の幅L1は、例えば外部電極板2の幅L2の2〜40%の長さに設定される。   The gap 4 is provided in the conductive bonding material layer 3 so as to extend in the stacking direction, and when the conductive bonding material layer 3 is viewed in a cross section perpendicular to the side surface of the stacked body 10. As shown in FIG. 1, the conductive bonding material layers 3 are arranged on both sides of the gap 4. The width L1 of the gap 4 provided inside the conductive bonding material layer 3 is set to a length of 2 to 40% of the width L2 of the external electrode plate 2, for example.

このように、導電性接合材層3の厚みを外部電極板2よりも薄くすることで、駆動開始直後にかかる導電性接合材層3にかかる応力が大きくなり、導電性接合材層3におけるクラックの進展速度が速くなり、直進的なクラックが厚み方向に即座にはいる。そして、導電性接合材層3に直進的なクラックが即座にはいることで、導電性接合材層3にかかる応力が解放され、駆動直後以降は逆に応力が緩和される。さらに、外部電極板2と積層体10との間に空隙があることで、網目状に入るクラックを抑制することができる。したがって、スパークの発生率が下がり、耐久性に優れた積層型圧電素子が得られる。   Thus, by making the thickness of the conductive bonding material layer 3 thinner than that of the external electrode plate 2, the stress applied to the conductive bonding material layer 3 immediately after the start of driving increases, and cracks in the conductive bonding material layer 3 occur. The rate of progress of the cracks increases, and straight cracks immediately enter the thickness direction. Then, since the straight crack is immediately generated in the conductive bonding material layer 3, the stress applied to the conductive bonding material layer 3 is released, and the stress is relaxed after the driving. Furthermore, since there is a gap between the external electrode plate 2 and the laminated body 10, cracks that enter a mesh shape can be suppressed. Therefore, the occurrence rate of sparks is reduced, and a laminated piezoelectric element having excellent durability can be obtained.

そして、図2に示すように、導電性接合材層3を積層体10の側面に垂直な横断面で見たときに、空隙4が導電性接合材層3の一端にもあることが望ましい。外部電極板2の幅方向端部と積層体10との間の部位では応力が大きくかかってしまうが、空隙4が導電性接合材層3一端にあることで、導電性接合材層3にかかる応力がより緩和され、より耐久性が良くなる。   As shown in FIG. 2, it is desirable that the gap 4 is also present at one end of the conductive bonding material layer 3 when the conductive bonding material layer 3 is viewed in a cross section perpendicular to the side surface of the laminate 10. A large stress is applied at the portion between the widthwise end of the external electrode plate 2 and the laminated body 10, but the gap 4 is applied to the conductive bonding material layer 3 because the gap 4 is at one end of the conductive bonding material layer 3. Stress is more relaxed and durability is improved.

さらに、図3に示すように、導電性接合材層3を積層体10の側面に垂直な横断面で見たときに、空隙4が導電性接合材層3の両端にもあることが望ましい。空隙4が両端にあることで、導電性接合材層3にかかる応力がさらに緩和され、さらに耐久性が良くなる。   Furthermore, as shown in FIG. 3, when the conductive bonding material layer 3 is viewed in a cross section perpendicular to the side surface of the laminated body 10, it is desirable that the voids 4 are also present at both ends of the conductive bonding material layer 3. By having the gap 4 at both ends, the stress applied to the conductive bonding material layer 3 is further relaxed and the durability is further improved.

なお、導電性接合材層3の一端に設けられる空隙4の幅L3、および導電性接合材層3の両端に設けられる空隙4の幅L4は、外部電極板2の幅L2の2〜20%の長さに設定される。   The width L3 of the gap 4 provided at one end of the conductive bonding material layer 3 and the width L4 of the gap 4 provided at both ends of the conductive bonding material layer 3 are 2 to 20% of the width L2 of the external electrode plate 2. Set to the length of

また、図4に示すように、導電性接合材層3の中にボイド31があることが望ましい。なお、上述の空隙4が積層方向に延びて設けられたものであるのに対し、ここでいうボイド31とは、導電性接合材層3の積層方向に延びておらず、また導電性接合材層3の厚み方向に貫通しないほどの大きさの例えば略球状のものである。このようなボイド31が導電性接合材層3の中に適宜分散して設けられることが望ましい。導電性接合材層3の中にボイド31があることで、導電性接合材層3にかかる応力がさらに緩和されるため、さらに耐久性が良くなる。なお、ボイド31が球形であるとした場合のボイド径としては例えば1〜15μmであり、導電性接合材層3を横断面で見たときに全面積に対するボイド3
1の面積の割合は20%以下であるのが、導通性を維持しつつ応力を緩和する点で望ましい。
Further, as shown in FIG. 4, it is desirable that a void 31 is present in the conductive bonding material layer 3. Note that the voids 31 mentioned here do not extend in the laminating direction of the conductive bonding material layer 3 while the voids 4 are provided extending in the laminating direction. The layer 3 is, for example, approximately spherical in size so as not to penetrate in the thickness direction of the layer 3. It is desirable that such voids 31 are appropriately dispersed in the conductive bonding material layer 3. Since the void 31 is present in the conductive bonding material layer 3, the stress applied to the conductive bonding material layer 3 is further relaxed, so that the durability is further improved. The void diameter when the void 31 is spherical is, for example, 1 to 15 μm, and the void 3 with respect to the entire area when the conductive bonding material layer 3 is viewed in a cross section.
The area ratio of 1 is preferably 20% or less from the viewpoint of relaxing stress while maintaining electrical conductivity.

このボイド31は、導電性接合材層3の積層方向のどの部位に設けられてもよいが、図1に示すように、積層体10の内部に、積層体10の伸縮により圧電体層11および内部電極層12よりもクラックが入りやすい構造の容易破断層15が設けられている場合には、ボイド31は容易破断層15と対応する位置にあることが望ましい。導電性接合材層3の中にあるボイド31が容易破断層15と対応する位置にあることで、容易破断層15から進展したクラックがボイド31にあたってその進展がとまり、導電性接合材層3にはいるクラックの本数を少なくすることができるため、さらに耐久性が良くなる。   The void 31 may be provided in any part of the conductive bonding material layer 3 in the stacking direction. However, as shown in FIG. When the easily breakable layer 15 having a structure in which cracks are more likely to occur than the internal electrode layer 12 is provided, the void 31 is desirably located at a position corresponding to the easily breakable layer 15. Since the void 31 in the conductive bonding material layer 3 is in a position corresponding to the easy breakage layer 15, the crack that has developed from the easy breakage layer 15 stops at the void 31, and the conductive bonding material layer 3 Since the number of cracks can be reduced, durability is further improved.

次に、本実施形態の積層型圧電素子1の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the multilayer piezoelectric element 1 of the present embodiment will be described.

まず、圧電体層11となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系,ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してセラミックスラリーを作製する。そして、ドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーを用いてセラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては圧電特性を有するものであればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PbZrO−PbTiO)からなるペロブスカイト型酸化物等を用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル(DBP),フタル酸ジオクチル(DOP)等を用いることができる。 First, a ceramic green sheet to be the piezoelectric layer 11 is produced. Specifically, a ceramic slurry is prepared by mixing a calcined powder of piezoelectric ceramic, a binder made of an organic polymer such as acrylic or butyral, and a plasticizer. And a ceramic green sheet is produced using this ceramic slurry by using tape molding methods, such as a doctor blade method and a calender roll method. As the piezoelectric ceramic, any material having piezoelectric characteristics may be used. For example, a perovskite oxide made of lead zirconate titanate (PbZrO 3 —PbTiO 3 ) can be used. As the plasticizer, dibutyl phthalate (DBP), dioctyl phthalate (DOP), or the like can be used.

次に、内部電極層12となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて内部電極層12のパターンで塗布する。さらに、この導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、所定の温度で脱バインダー処理を行なった後、900〜1200℃の温度で焼成し、平面研削盤等を用いて所定の形状になるよう研削処理を施すことによって、交互に積層された圧電体層11および内部電極層12を備えた活性部13を作製する。不活性部14は内部電極層12となる導電性ペーストを塗布していないシートを積層することで作製する。活性部13と不活性部14とを組み合わせることで積層体10を製造する。   Next, a conductive paste to be the internal electrode layer 12 is produced. Specifically, a conductive paste is prepared by adding and mixing a binder and a plasticizer to a silver-palladium alloy metal powder. This conductive paste is applied on the ceramic green sheet in the pattern of the internal electrode layer 12 using a screen printing method. Furthermore, after laminating a plurality of ceramic green sheets printed with this conductive paste and performing a binder removal treatment at a predetermined temperature, firing at a temperature of 900 to 1200 ° C., using a surface grinder or the like The active part 13 provided with the piezoelectric body layers 11 and the internal electrode layers 12 that are alternately laminated is manufactured by performing a grinding process so as to have a shape. The inactive portion 14 is produced by laminating sheets that are not coated with the conductive paste that becomes the internal electrode layer 12. The laminated body 10 is manufactured by combining the active part 13 and the inactive part 14.

ここで、容易破断層15を設ける場合は、容易破断層15となる導電性ペーストを作製する。容易破断層15となる導電性ペーストは、内部電極層12となる導電性ペーストと同じように、銀−パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって作製する。このとき、バインダー内に樹脂性であるビーズを混ぜる方法や、銀−パラジウム合金の比率を変更することで密着強度を内部電極層より低くすることが可能となる。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法を用いて塗布する。この導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを積層体10を製造する際に、所望の位置に配置すればよい。   Here, when providing the easy fracture layer 15, the conductive paste used as the easy fracture layer 15 is produced. The conductive paste to be the easily breakable layer 15 is produced by adding and mixing a binder and a plasticizer to a metal powder of silver-palladium alloy in the same manner as the conductive paste to be the internal electrode layer 12. At this time, the adhesion strength can be made lower than that of the internal electrode layer by mixing a resinous bead in the binder or changing the ratio of the silver-palladium alloy. This conductive paste is applied onto the above ceramic green sheet using a screen printing method. What is necessary is just to arrange | position to the desired position, when manufacturing the laminated body 10 with the ceramic green sheet on which this electrically conductive paste was printed.

なお、積層体10は、上記の製造方法によって作製されるものに限定されるものではなく、圧電体層11と内部電極層12とを複数積層してなる積層体10を作製できれば、どのような製造方法によって作製されてもよい。   The laminate 10 is not limited to the one produced by the above manufacturing method, and any laminate 10 can be produced as long as the laminate 10 formed by laminating a plurality of piezoelectric layers 11 and internal electrode layers 12 can be produced. It may be produced by a manufacturing method.

次に、導電性接合材層3を介して外部電極板2を積層体10の側面に接続し、固定する。   Next, the external electrode plate 2 is connected to the side surface of the laminate 10 via the conductive bonding material layer 3 and fixed.

導電性接合材層3は、Ag粉末やCu粉末などの導電性の良好な金属粉末を含んだエポ
キシ樹脂やポリイミド樹脂からなる接着剤を用い、5〜70μmの厚さに形成する。スクリーン印刷やディスペンス方式により所定の厚みや幅に制御して形成することができる。
The conductive bonding material layer 3 is formed to a thickness of 5 to 70 μm using an adhesive made of an epoxy resin or a polyimide resin containing a metal powder having good conductivity such as Ag powder or Cu powder. It can be formed by controlling to a predetermined thickness and width by screen printing or dispensing method.

なお、スクリーン印刷の場合、空隙4を設けるためには、スクリーン印刷の製版に所定の穴のあいたパターンを設けて印刷する方法が挙げられる。また、ディスペンス方式の場合、空隙4を設けるためには、ニードル径を塗布したい幅に適合するものを使い、空隙を設ける場所には塗布せず、塗布したいところのみにディスペンスする方法が挙げられる。また、ボイドを作製する場合は、使用する接着剤を攪拌し接着剤内に気泡を作っておき、それを真空脱泡する。ここで、真空脱泡する時間を変えることで接着剤内に残る気泡を制御することができ、そのままディスペンスすれば気泡込みの状態で塗布することができる。さらに、容易破断層に対応する位置など特定部位にボイドを作製するには、その部位だけ気泡を含む接着剤を塗布し、その他の部位には気泡のない接着剤を塗布するというように何回かに分けて塗布すればよい。   In the case of screen printing, in order to provide the gap 4, there may be mentioned a method of printing by providing a pattern with a predetermined hole on the screen printing plate making. Further, in the case of the dispensing method, in order to provide the gap 4, there is a method in which a needle diameter that is suitable for the width to be applied is used, and it is dispensed only where it is desired to be applied without being applied to the place where the gap is provided. Moreover, when producing a void, the adhesive agent to be used is stirred, air bubbles are created in the adhesive agent, and it is degassed by vacuum. Here, the bubbles remaining in the adhesive can be controlled by changing the vacuum defoaming time, and if it is dispensed as it is, it can be applied in a bubble-containing state. Furthermore, in order to create a void at a specific part such as the position corresponding to the easy-breaking layer, an adhesive containing bubbles is applied only to that part, and an adhesive without bubbles is applied to other parts. It may be applied separately.

外部電極板2は、銅、鉄、ステンレス、リン青銅等の金属平板からなり、例えば幅0.5〜10mm、厚み0.1〜0.3mmに形成されたものである。ここで、外部電極板8として例えば幅方向にスリットの入った形状や網目状にするには、外部電極板2にスリットの入った形状や網目状とするには、打ち抜き金型で打ち抜くかレーザ加工などの方法を用いればよく、湾曲や屈曲形状とするには、曲げ金型を用いるのがよい。   The external electrode plate 2 is made of a metal flat plate such as copper, iron, stainless steel, phosphor bronze, and is formed to have a width of 0.5 to 10 mm and a thickness of 0.1 to 0.3 mm, for example. Here, to form the external electrode plate 8 with a slit or a mesh shape in the width direction, for example, the external electrode plate 2 is formed by punching with a punching die or a laser. A method such as processing may be used, and a bending mold is preferably used to obtain a curved or bent shape.

その後、外部電極板2に0.1〜3kV/mmの直流電界を印加し、積層体10を構成する圧電体層11を分極することによって、積層型圧電素子1が完成する。この積層型圧電素子1は、外部電極板2を介して外部の電源と接続して、圧電体層11に電圧を印加することにより、各圧電体層11を逆圧電効果によって大きく変位させることができる。これにより、例えばエンジンに燃料を噴射供給する自動車用燃料噴射弁として機能させることが可能となる。   Thereafter, a direct current electric field of 0.1 to 3 kV / mm is applied to the external electrode plate 2 to polarize the piezoelectric layer 11 constituting the multilayer body 10, thereby completing the multilayer piezoelectric element 1. The laminated piezoelectric element 1 is connected to an external power source via the external electrode plate 2 and applies a voltage to the piezoelectric layer 11 so that each piezoelectric layer 11 can be largely displaced by the inverse piezoelectric effect. it can. This makes it possible to function as an automobile fuel injection valve that injects and supplies fuel to the engine, for example.

次に、本発明の噴射装置の実施の形態の例について説明する。図5は、本発明の噴射装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。   Next, the example of embodiment of the injection device of the present invention is explained. FIG. 5 is a schematic sectional view showing an example of the embodiment of the injection device of the present invention.

図5に示すように、本例の噴射装置19は、一端に噴射孔21を有する収納容器(容器)23の内部に上記の例の積層型圧電素子1が収納されている。   As shown in FIG. 5, in the injection device 19 of this example, the multilayer piezoelectric element 1 of the above example is stored inside a storage container (container) 23 having an injection hole 21 at one end.

収納容器23内には、噴射孔21を開閉することができるニードルバルブ25が配設されている。噴射孔21には流体通路27がニードルバルブ25の動きに応じて連通可能になるように配設されている。この流体通路27は外部の流体供給源に連結され、流体通路27に常時高圧で流体が供給されている。従って、ニードルバルブ25が噴射孔21を開放すると、流体通路27に供給されていた流体が外部または隣接する容器、例えば内燃機関の燃料室(図示せず)に、噴射孔21から吐出されるように構成されている。   A needle valve 25 that can open and close the injection hole 21 is provided in the storage container 23. A fluid passage 27 is disposed in the injection hole 21 so as to be able to communicate with the movement of the needle valve 25. The fluid passage 27 is connected to an external fluid supply source, and fluid is constantly supplied to the fluid passage 27 at a high pressure. Therefore, when the needle valve 25 opens the injection hole 21, the fluid supplied to the fluid passage 27 is discharged from the injection hole 21 to the outside or an adjacent container, for example, a fuel chamber (not shown) of the internal combustion engine. It is configured.

ニードルバルブ25の上端部は内径が大きくなっており、収納容器23に形成されたシリンダ29と摺動可能なピストン31になっている。そして、収納容器23内には、上述した例の積層型圧電素子1がピストン31に接して収納されている。   The upper end of the needle valve 25 has a large inner diameter, and is a piston 31 that can slide with a cylinder 29 formed in the storage container 23. In the storage container 23, the multilayer piezoelectric element 1 of the above-described example is stored in contact with the piston 31.

このような噴射装置19では、積層型圧電素子1が電圧を印加されて伸長すると、ピストン31が押圧され、ニードルバルブ25が噴射孔21に通じる流体通路27を閉塞し、流体の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されると積層型圧電素子1が収縮し、皿バネ33がピストン31を押し返し、流体通路27が開放され噴射孔21が流体通路27と連通して、噴射孔21から流体の噴射が行なわれるようになっている。   In such an injection device 19, when the multilayer piezoelectric element 1 is extended by applying a voltage, the piston 31 is pressed, the needle valve 25 closes the fluid passage 27 leading to the injection hole 21, and the supply of fluid is stopped. The When the voltage application is stopped, the laminated piezoelectric element 1 contracts, the disc spring 33 pushes back the piston 31, the fluid passage 27 is opened, and the injection hole 21 communicates with the fluid passage 27. Fluid injection is performed.

なお、積層型圧電素子1に電圧を印加することによって流体通路27を開放し、電圧の印加を停止することによって流体通路27を閉鎖するように構成してもよい。   Note that the fluid passage 27 may be opened by applying a voltage to the multilayer piezoelectric element 1, and the fluid passage 27 may be closed by stopping the application of the voltage.

また、本例の噴射装置19は、噴射孔21を有する容器23と、上記の例の積層型圧電素子1とを備え、容器23内に充填された流体を積層型圧電素子1の駆動により噴射孔21から吐出させるように構成されていてもよい。すなわち、積層型圧電素子1が必ずしも容器23の内部にある必要はなく、積層型圧電素子1の駆動によって容器23の内部に流体の噴射を制御するための圧力が加わるように構成されていればよい。なお、本例の噴射装置19において、流体とは、燃料,インク等の他、導電性ペースト等の種々の液体および気体が含まれる。本例の噴射装置19を用いることによって、流体の流量および噴出タイミングを長期にわたって安定して制御することができる。   The injection device 19 of this example includes a container 23 having an injection hole 21 and the multilayer piezoelectric element 1 of the above example, and the fluid filled in the container 23 is ejected by driving the multilayer piezoelectric element 1. You may be comprised so that it may discharge from the hole 21. FIG. That is, the multilayer piezoelectric element 1 does not necessarily need to be inside the container 23, and may be configured to apply pressure for controlling the ejection of fluid to the inside of the container 23 by driving the multilayer piezoelectric element 1. Good. In the injection device 19 of the present example, the fluid includes various liquids and gases such as conductive paste in addition to fuel, ink, and the like. By using the ejection device 19 of this example, the flow rate and ejection timing of the fluid can be stably controlled over a long period of time.

上記の例の積層型圧電素子1を採用した本例の噴射装置19を内燃機関に用いれば、従来の噴射装置に比べてエンジン等の内燃機関の燃焼室に燃料をより長い期間にわたって精度よく噴射させることができる。   If the injection device 19 of the present example employing the multilayer piezoelectric element 1 of the above example is used for an internal combustion engine, the fuel is accurately injected into the combustion chamber of the internal combustion engine such as an engine over a longer period of time compared to the conventional injection device. Can be made.

次に、本発明の燃料噴射システムの実施の形態の例について説明する。図6は、本発明の燃料噴射システムの実施の形態の一例を示す概略図である。   Next, the example of embodiment of the fuel-injection system of this invention is demonstrated. FIG. 6 is a schematic view showing an example of an embodiment of the fuel injection system of the present invention.

図6に示すように、本例の燃料噴射システム35は、高圧流体としての高圧燃料を蓄えるコモンレール37と、このコモンレール37に蓄えられた高圧流体を噴射する複数の上記の例の噴射装置19と、コモンレール37に高圧流体を供給する圧力ポンプ39と、噴射装置19に駆動信号を与える噴射制御ユニット41とを備えている。   As shown in FIG. 6, the fuel injection system 35 of this example includes a common rail 37 that stores high-pressure fuel as a high-pressure fluid, and a plurality of injection devices 19 of the above-described examples that inject the high-pressure fluid stored in the common rail 37. A pressure pump 39 for supplying a high-pressure fluid to the common rail 37 and an injection control unit 41 for supplying a drive signal to the injection device 19 are provided.

噴射制御ユニット41は、外部情報または外部からの信号に基づいて高圧流体の噴射の量およびタイミングを制御する。例えば、エンジンの燃料噴射に本例の燃料噴射システム35を用いた場合であれば、エンジンの燃焼室内の状況をセンサ等で感知しながら燃料噴射の量およびタイミングを制御することができる。圧力ポンプ39は、燃料タンク43から流体燃料を高圧でコモンレール37に供給する役割を果たす。例えばエンジンの燃料噴射システム35の場合には1000〜2000気圧(約101MPa〜約203MPa)、好ましくは1500〜1700気圧(約152MPa〜約172MPa)の高圧にしてコモンレール37に流体燃料を送り込む。コモンレール37では、圧力ポンプ39から送られてきた高圧燃料を蓄え、噴射装置19に適宜送り込む。噴射装置19は、前述したように噴射孔21から一定の流体を外部または隣接する容器に噴射する。例えば、燃料を噴射供給する対象がエンジンの場合には、高圧燃料を噴射孔21からエンジンの燃焼室内に霧状に噴射する。   The injection control unit 41 controls the amount and timing of high-pressure fluid injection based on external information or an external signal. For example, if the fuel injection system 35 of this example is used for engine fuel injection, the amount and timing of fuel injection can be controlled while sensing the state of the combustion chamber of the engine with a sensor or the like. The pressure pump 39 serves to supply fluid fuel from the fuel tank 43 to the common rail 37 at a high pressure. For example, in the case of an engine fuel injection system 35, fluid fuel is fed into the common rail 37 at a high pressure of 1000 to 2000 atmospheres (about 101 MPa to about 203 MPa), preferably 1500 to 1700 atmospheres (about 152 MPa to about 172 MPa). In the common rail 37, the high-pressure fuel sent from the pressure pump 39 is stored and sent to the injection device 19 as appropriate. As described above, the ejection device 19 ejects a certain fluid from the ejection holes 21 to the outside or an adjacent container. For example, when the target for injecting and supplying fuel is an engine, high-pressure fuel is injected from the injection hole 21 into the combustion chamber of the engine in a mist form.

本例の燃料噴射システム35によれば、高圧燃料の所望の噴射を長期にわたって安定して行なうことができる。   According to the fuel injection system 35 of this example, desired injection of high-pressure fuel can be stably performed over a long period of time.

本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described.

本発明の積層型圧電素子を以下のようにして作製した。まず、平均粒径が0.4μmのチタン酸ジルコン酸鉛(PbZrO−PbTiO)を主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダーおよび可塑剤を混合したセラミックスラリーを作製した。このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法により厚み50μmの圧電体層となるセラミックグリーンシートを作製した。 The multilayer piezoelectric element of the present invention was produced as follows. First, a ceramic slurry was prepared by mixing a calcined powder of a piezoelectric ceramic mainly composed of lead zirconate titanate (PbZrO 3 —PbTiO 3 ) having an average particle diameter of 0.4 μm, a binder, and a plasticizer. Using this ceramic slurry, a ceramic green sheet serving as a piezoelectric layer having a thickness of 50 μm was prepared by a doctor blade method.

次に、銀−パラジウム合金にバインダーを加えて、内部電極層となる導電性ペーストを
作製した。
Next, a binder was added to the silver-palladium alloy to produce a conductive paste to be an internal electrode layer.

次に、セラミックグリーンシートの片面に、内部電極層となる導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを200枚積層した。また、内部電極層となる導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシート200枚を中心にして、その上下に、内部電極層となる導電性ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシート合計15枚を積層した。そして、980〜1100℃で焼成し、平面研削盤を用いて所定の形状に研削して、5mm角の積層体を得た。   Next, a conductive paste serving as an internal electrode layer was printed on one side of the ceramic green sheet by a screen printing method, and 200 ceramic green sheets printed with the conductive paste were laminated. Further, a total of 15 ceramic green sheets not printed with the conductive paste serving as the internal electrode layer were laminated on the top and bottom of the 200 ceramic green sheets printed with the conductive paste serving as the internal electrode layer. . And it baked at 980-1100 degreeC, it ground to the predetermined shape using the surface grinder, and obtained the 5 mm square laminated body.

次に、積層体の表面にAg粉末とポリイミド樹脂を混合ペースト状にした導電性接合材をディスペンスにて塗布し、外部電極板を積層体の表面に接続し、固定した。   Next, a conductive bonding material in the form of a mixed paste of Ag powder and polyimide resin was applied to the surface of the laminate by dispensing, and the external electrode plate was connected to the surface of the laminate and fixed.

ここで、試料1として、図1(a)に示す断面を有するリン青銅からなる厚み0.1mm、幅4.0mmの外部電極板を用いて積層型圧電素子を作製した。活性部の側面と外部電極板との間には導電性接合材層を形成するように、銀ポリイミドからなる導電性接合材が塗布されており、0.03mmの厚みを設けた構造になっている。具体的には、図1(b)に示す断面を有するように、ディスペンサーのノズル径から吐出される導電性接合材の幅が1.5mmになるように設定し、2回にわけて塗布した。ここで、導電性接合材は1.5mmの幅で2箇所設け、空隙は1.0mmの幅とした。   Here, as the sample 1, a multilayer piezoelectric element was manufactured using an external electrode plate having a thickness of 0.1 mm and a width of 4.0 mm made of phosphor bronze having a cross section shown in FIG. A conductive bonding material made of silver polyimide is applied between the side surface of the active portion and the external electrode plate so as to form a conductive bonding material layer, and has a structure with a thickness of 0.03 mm. Yes. Specifically, the width of the conductive bonding material discharged from the nozzle diameter of the dispenser is set to 1.5 mm so as to have the cross section shown in FIG. . Here, the conductive bonding material was provided in two places with a width of 1.5 mm, and the gap was set to a width of 1.0 mm.

また、試料2として、図2に示す断面を有するリン青銅からなる厚み0.1mm、幅4.0mmの外部電極板を用いて積層型圧電素子を作製した。具体的には、導電性接合材はディスペンサーにて空隙を設けるように2回にわけて塗布した。また、一端側に空隙を設けるように外部電極板を設置している。ここで、導電性接合材は0.03mmの厚み、1.5mmの幅で2箇所設け、空隙は0.5mmの幅で2箇所設けた。   Further, as Sample 2, a multilayer piezoelectric element was fabricated using an external electrode plate made of phosphor bronze having a cross section shown in FIG. 2 and having a thickness of 0.1 mm and a width of 4.0 mm. Specifically, the conductive bonding material was applied in two portions so as to provide a gap with a dispenser. Further, an external electrode plate is provided so as to provide a gap on one end side. Here, the conductive bonding material was provided at two places with a thickness of 0.03 mm and a width of 1.5 mm, and the gap was provided at two places with a width of 0.5 mm.

また、試料3として、図3に示す断面を有するリン青銅からなる厚み0.1mm、幅4.0mmの外部電極板を用いて積層型圧電素子を作製した。具体的には、導電性接合材はディスペンサーにて空隙を設けるように2回にわけて塗布した。また、両端に空隙を設けるように導電性接合材を細く塗布し、外部電極板を設置している。ここで、導電性接合材は0.03mmの厚み、1.5mmの幅で2箇所設け、空隙は0.33mmの幅で3箇所設けた。   Further, as Sample 3, a multilayer piezoelectric element was manufactured using an external electrode plate made of phosphor bronze having a cross section shown in FIG. 3 and having a thickness of 0.1 mm and a width of 4.0 mm. Specifically, the conductive bonding material was applied in two portions so as to provide a gap with a dispenser. In addition, a conductive bonding material is thinly applied so as to provide a gap at both ends, and an external electrode plate is installed. Here, the conductive bonding material was provided at two places with a thickness of 0.03 mm and a width of 1.5 mm, and the gap was provided at three places with a width of 0.33 mm.

また、試料4として、図4に示す断面を有するリン青銅からなる厚み0.1mm、幅4.0mmの外部電極板を用いて積層型圧電素子を作製した。具体的には、導電性接合材はディスペンサーにて空隙を設けるように2回にわけて塗布した。このとき、導電性接合材にエアーを前もって注入し、塗布した導電性接合材内に直径0.005〜0.01mmのボイドを意図的に設けている構造とした。ここで、導電性接合材は0.03mmの厚み、1.5mmの幅で2箇所設け、空隙は0.33mmの幅で3箇所設けた。   Further, as the sample 4, a multilayer piezoelectric element was manufactured using an external electrode plate made of phosphor bronze having a cross section shown in FIG. Specifically, the conductive bonding material was applied in two portions so as to provide a gap with a dispenser. At this time, air was previously injected into the conductive bonding material, and a void having a diameter of 0.005 to 0.01 mm was intentionally provided in the applied conductive bonding material. Here, the conductive bonding material was provided at two places with a thickness of 0.03 mm and a width of 1.5 mm, and the gap was provided at three places with a width of 0.33 mm.

また、試料5として、図5に示す断面を有するリン青銅からなる厚み0.1mm、幅4.0mmの外部電極板を用いて積層型圧電素子を作製した。具体的には、導電性接合材はディスペンサーにて空隙を設けるように2回にわけて塗布した。さらに、エアーを前もって注入した導電性接合材を容易破断層の上に塗布し、0.005〜0.01mmのボイドを容易破断層の上に意図的に設けている構造とした。ここで、導電性接合材は0.03mmの厚み、1.5mmの幅で2箇所設け、空隙は0.33mmの幅で3箇所設けた。   Also, as the sample 5, a multilayer piezoelectric element was manufactured using an external electrode plate made of phosphor bronze having a cross section shown in FIG. Specifically, the conductive bonding material was applied in two portions so as to provide a gap with a dispenser. Further, a conductive bonding material into which air was previously injected was applied on the easily breakable layer, and a void of 0.005 to 0.01 mm was intentionally provided on the easily breakable layer. Here, the conductive bonding material was provided at two places with a thickness of 0.03 mm and a width of 1.5 mm, and the gap was provided at three places with a width of 0.33 mm.

また、比較例として、図6に示す断面を有する外部電極板を用いた積層型圧電素子(試料6)も作製した。ここで、外部電極板は厚み0.1mm、幅4.0mmであるものを用い、導電性接合材の厚みは0.2mm、幅は4mmとなるように設けた。   As a comparative example, a laminated piezoelectric element (sample 6) using an external electrode plate having a cross section shown in FIG. 6 was also produced. Here, the external electrode plate having a thickness of 0.1 mm and a width of 4.0 mm was used, and the conductive bonding material was provided with a thickness of 0.2 mm and a width of 4 mm.

これらの積層型圧電素子に、外部電極板に溶接で接合されたリード部材を介して、外部電極板に3kV/mmの直流電界を15分間印加して、分極処理を行なった。これらの積層型圧電素子に160Vの直流電圧を印加したところ、積層体の積層方向に30μmの変位量が得られた。   These laminated piezoelectric elements were subjected to polarization treatment by applying a 3 kV / mm direct current electric field to the external electrode plate for 15 minutes via a lead member welded to the external electrode plate. When a DC voltage of 160 V was applied to these stacked piezoelectric elements, a displacement of 30 μm was obtained in the stacking direction of the stacked body.

さらに、30℃、90%の湿度内で0V〜+160Vの交流電圧を150Hzの周波数で印加して、連続駆動した耐久性試験を行なった。   Furthermore, an endurance test was performed in which an alternating voltage of 0 V to +160 V was applied at a frequency of 150 Hz in a humidity of 30 ° C. and 90% and continuously driven.

その結果、比較例である試料6の積層型圧電素子は、1×10回の連続駆動で外部電極板の剥がれが発生し、1×10回で駆動が停止した。 As a result, the laminated piezoelectric element of Sample 6 as a comparative example peeled off the external electrode plate after 1 × 10 4 continuous driving, and stopped driving after 1 × 10 5 times.

これに対し、本発明の実施例である試料1、試料2、試料3の積層型圧電素子は、ともに、連続駆動1×10回をすぎても外部電極板の剥がれは発生することなく駆動していた。 On the other hand, the laminated piezoelectric elements of Sample 1, Sample 2 and Sample 3, which are examples of the present invention, are driven without peeling of the external electrode plate even after continuous driving 1 × 10 7 times. Was.

以上の結果から、本発明によれば、長期間の耐久性に優れた積層型圧電素子を実現することができることがわかる。   From the above results, it can be seen that according to the present invention, a multilayer piezoelectric element having excellent long-term durability can be realized.

1・・・積層型圧電素子
10・・・積層体
11・・・圧電体層
12・・・内部電極層
13・・・活性層
14・・・不活性層
15・・・容易破断層
2・・・外部電極板
3・・・導電性接合材層
31・・・ボイド
4・・・空隙
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminated piezoelectric element 10 ... Laminated body 11 ... Piezoelectric layer 12 ... Internal electrode layer 13 ... Active layer 14 ... Inactive layer 15 ... Easily fractured layer 2. ..External electrode plate 3 ... conductive bonding material layer 31 ... void 4 ... void

Claims (6)

圧電体層および内部電極層が積層された積層体と、該積層体の側面に接合されて前記内部電極層と電気的に接続された外部電極板と、該外部電極板を前記積層体の側面に接合して前記内部電極層と前記外部電極板とを電気的に接続している導電性接合材層とを含み、該導電性接合材層を前記積層体の側面に垂直な横断面で見たときに、前記導電性接合材層の厚みは前記外部電極板の厚みよりも薄く、前記積層体の側面から前記外部電極板まで通じる空隙が設けられており、
前記導電性接合材層の中にボイドがあることを特徴とする積層型圧電素子。
A laminate in which a piezoelectric layer and an internal electrode layer are laminated, an external electrode plate joined to a side surface of the laminate and electrically connected to the internal electrode layer, and the external electrode plate on the side surface of the laminate A conductive bonding material layer electrically connected to the internal electrode layer and the external electrode plate, and the conductive bonding material layer is seen in a cross section perpendicular to the side surface of the laminate. When the thickness of the conductive bonding material layer is thinner than the thickness of the external electrode plate, a gap is provided from the side surface of the laminate to the external electrode plate ,
A laminated piezoelectric element comprising a void in the conductive bonding material layer .
前記導電性接合材層を前記積層体の側面に垂直な横断面で見たときに、前記空隙が前記導電性接合材層の一端にもあることを特徴とする請求項1に記載の積層型圧電素子。   2. The multilayer mold according to claim 1, wherein the gap is also at one end of the conductive bonding material layer when the conductive bonding material layer is viewed in a cross section perpendicular to a side surface of the stacked body. Piezoelectric element. 前記導電性接合材層を前記積層体の側面に垂直な横断面で見たときに、前記空隙が前記導電性接合材層の両端にもあることを特徴とする請求項1に記載の積層型圧電素子。   2. The multilayer mold according to claim 1, wherein the gap is also present at both ends of the conductive bonding material layer when the conductive bonding material layer is viewed in a cross section perpendicular to a side surface of the stacked body. Piezoelectric element. 前記積層体の内部には該積層体の伸縮により前記圧電体層および前記内部電極層よりもクラックが入りやすい構造の容易破断層が設けられており、前記ボイドは前記容易破断層と対応する位置にあることを特徴とすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の積層型圧電素子。 An easily breakable layer having a structure in which cracks are more likely to occur than the piezoelectric layer and the internal electrode layer due to expansion and contraction of the laminate is provided inside the laminate, and the void is located at a position corresponding to the easily breakable layer. The multilayer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3, wherein the multilayer piezoelectric element is provided. 噴射孔を有する容器と、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた流体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とする噴射装置。 A container having an injection hole and the multilayer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 4 , wherein fluid stored in the container is discharged from the injection hole by driving the multilayer piezoelectric element. An injection device. 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する請求項に記載の噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことを特徴とする燃料噴射システム。 6. A common rail for storing high-pressure fuel, an injection device according to claim 5 for injecting the high-pressure fuel stored in the common rail, a pressure pump for supplying the high-pressure fuel to the common rail, and a drive signal for the injection device A fuel injection system comprising an injection control unit.
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